Astronomi og kosmologi

Fysik/kemi · 7.-9. klasse · Perspektivering

Astronomi — universets størrelse og alder

Astronomi er studiet af alt uden for Jordens atmosfære. Det er ydmygende at indse hvor lille vi er i det hele.

Afstande i universet

Lysår = den afstand lyset rejser på 1 år = 9,46 · 10¹² km

Vi måler i lysår fordi afstande i km/m er for svimlende:

• Månen: 1,3 lys-sekunder væk
• Solen: 8 lys-minutter væk (du ser solen som den var for 8 min siden!)
• Nærmeste stjerne (Proxima Centauri): 4,2 lysår væk
• Centrum af Mælkevejen: 26.000 lysår
• Nærmeste galakse (Andromeda): 2,5 mio. lysår væk
• Det observerbare univers: 93 mia. lysår diameter!

Solen — vores stjerne

• Masse: 2 · 10³⁰ kg (333.000 gange Jordens)
• Diameter: 1,4 mio. km (109 Jord-diametre)
• Temperatur (overflade): 5.500°C
• Temperatur (kerne): 15 mio. °C
• Fusion: 4 H → He + energi
• Alder: 4,6 mia. år
• Forventet levetid: 10 mia. år (5 mia. tilbage)

Stjerners livscyklus

Afhænger af masse:

Små stjerner (som Solen): rød kæmpe → hvid dværg

Mellemstore stjerner: rød superkæmpe → supernova → neutronstjerne

Store stjerner (>20 solmasser): supernova → SORT HUL

Galakser

Mælkevejen: vores galakse

• Spiralgalakse, 100.000 lysår bred
• 100-400 mia. stjerner
• Solen er ~26.000 lysår fra centrum
• Omløbstid: ~230 mio. år (vi har været rundt ~20 gange siden Jorden blev dannet!)

Andromeda: nærmeste store galakse

• Spiralgalakse, 220.000 lysår bred
• ~1 billion stjerner
• 2,5 mio. lysår væk
• Nærmer sig os — kolliderer med Mælkevejen om 4,5 mia. år (men vi overlever fordi der er så meget tomrum)

Sorte huller

• Gravitation så stærk at intet (heller ikke lys) kan undslippe
• Begivenhedshorisont: grænsen hvor lys bliver fanget
• Sagittarius A*: det sorte hul i centrum af Mælkevejen — 4 mio. solmasser
• M87*: det sorte hul i M87-galaksen — første afbildet i 2019!

Kosmologi — studiet af universets struktur

Vores model:

• Big Bang for 13,8 mia. år siden
• Inflation i de første brøkdele af sekund
• Universet udvider sig stadig (accelereret af mørk energi)
• Mørkt stof holder galakser sammen (vi kan ikke se det)
• 95% af universet er mørkt stof + mørk energi — vi forstår det ikke!

Hvordan ved vi alt dette?

Observationer:

• Optisk lys (synlig stjernelys)
• Radio-astronomi (CMB, pulsarer)
• Infrarød (James Webb — gennem støv)
• Røntgen (sorte huller, supernova-rester)
• Gamma-bursts (ekstreme begivenheder)
• Gravitationsbølger (2015+, LIGO)

Vores plads i universet

• 1 af ~8 milliarder mennesker
• På 1 planet
• Der kredser om 1 stjerne
• I 1 galakse af ~2 billioner
• Der selv er i 1 af ~2 billioner observerbare galakser

Perspektiv: vi er utrolige (liv, bevidsthed — sjældent!) og uvigtige (i kosmisk skala) samtidigt.

Rumforskning — menneskets vindue til kosmos

Missioner:

• Hubble (1990-): 30+ år af billeder
• James Webb (2021+): ser de første galakser
• Voyager 1&2 (1977+): forlader Solsystemet!
• Mars-rovere: søger fossiler
• Artemis (2024+): tilbage til Månen, så Mars

Læringsmål

• Kende astronomiske afstande (lysår, AU) og bruge dem
• Beskrive stjerners livscyklus baseret på masse
• Skelne mellem galakse, stjerne, planet, måne
• Forstå Solens opbygning og livsforløb
• Placere Jorden og Solsystemet i Mælkevejen og universet
• Forklare hvad sorte huller, mørkt stof og mørk energi er

Projekt: Astronomisk rejsedagbog

Observer nattehimlen over 2 uger. Med et teleskop (lån på skolen eller biblioteket) eller blot dine øjne: find Orion, Ursa Major, Månen i forskellige faser, planeter (fx Venus ofte synlig ved tusmørke), meteor-strømme.

Udvidet: download Stellarium (gratis) — virtuelt planetarium. Find fjerne galakser. Beregn hvor lang tid lys bruger fra dem.

Brobygning: Astrofysik kombinerer fysik, matematik, kemi. Læs Carl Sagans "Cosmos" eller se TV-serien (Neil deGrasse Tyson version 2014). På STX fysik A introduceres stellarfysik. Karriereveje: astronom, astrofysiker, rumingeniør (NASA, ESA, DTU Space).